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文檔簡介
第9節(jié)
帶電粒子在電場中的運(yùn)動(dòng)
(第1學(xué)時(shí))一、學(xué)習(xí)目標(biāo)(一)基礎(chǔ)性目標(biāo)1.會(huì)從力的角度認(rèn)識(shí)帶電粒子在電場中的加速問題.2.會(huì)從力的角度分析研究帶電粒子在電場中的偏轉(zhuǎn)問題.(二)拓展性目標(biāo)3.會(huì)從力和能量角度分析計(jì)算帶電粒子在電場中的加速問題。4.能夠用類平拋運(yùn)動(dòng)分析方法研究帶電粒子在電場中的偏轉(zhuǎn)問題。(三)挑戰(zhàn)性目標(biāo)
5.我會(huì)對(duì)題目改編并靈活分析處理問題。
電場中的帶電粒子一般可分為兩類:1、帶電的基本粒子:如電子,質(zhì)子,α粒子,正負(fù)離子等。這些粒子所受重力和電場力相比在小得多,除非有說明或明確的暗示以外,一般都不考慮重力。(但并不能忽略質(zhì)量)。2、帶電微粒:如帶電小球、液滴、塵埃等。除非有說明或明確的暗示以外,一般都考慮重力。某些帶電體是否考慮重力,要根據(jù)題目暗示或運(yùn)動(dòng)狀態(tài)來判定帶電粒子在勻強(qiáng)電場中運(yùn)動(dòng)狀態(tài):勻變速直線運(yùn)動(dòng)—加速、減速勻變速曲線運(yùn)動(dòng)—偏轉(zhuǎn)1.平衡(F合=0)2.勻變速運(yùn)動(dòng)(F合≠0)靜止勻速直線運(yùn)動(dòng)如圖所示,在真空中有一對(duì)平行金屬板,兩板間加以電壓U。兩板間有一帶正電荷q的帶電粒子。它在電場力的作用下,由靜止開始從正極板向負(fù)極板運(yùn)動(dòng),到達(dá)負(fù)板時(shí)的速度有多大?(不考慮粒子的重力)qUm+_帶電粒子的加速d一、帶電粒子的加速1、受力分析:
水平向右的電場力
F=Eq=qU/d2、運(yùn)動(dòng)分析:初速度為零,加速度為a=qU/md的向右勻加速直線運(yùn)動(dòng)。F如圖所示,在真空中有一對(duì)平行金屬板,兩板間加以電壓U。兩板間有一帶正電荷q的帶電粒子。它在電場力的作用下,由靜止開始從正極板向負(fù)極板運(yùn)動(dòng),到達(dá)負(fù)板時(shí)的速度有多大?(不考慮粒子的重力)qUm+_帶電粒子的加速d一、帶電粒子的加速F解法一運(yùn)用運(yùn)動(dòng)學(xué)知識(shí)求解如圖所示,在真空中有一對(duì)平行金屬板,兩板間加以電壓U。兩板間有一帶正電荷q的帶電粒子。它在電場力的作用下,由靜止開始從正極板向負(fù)極板運(yùn)動(dòng),到達(dá)負(fù)板時(shí)的速度有多大?(不考慮粒子的重力)qUm+_帶電粒子的加速d一、帶電粒子的加速F解法二運(yùn)用能量知識(shí)求解
如兩極板間不是勻強(qiáng)電場該用何種方法求解?為什么?
由于電場力做功與場強(qiáng)是否勻強(qiáng)無關(guān),與運(yùn)動(dòng)路徑也無關(guān),第二種方法仍適用!思考:若粒子的初速度為零,則:若粒子的初速度不為零,則:如圖所示,在真空中水平放置一對(duì)金屬板Y和Y’,板間距離為d。在兩板間加以電壓U,一電荷量為q質(zhì)量為m的帶電粒子從極板中央以水平速度v0射入電場。試分析帶電粒子在電場中的運(yùn)動(dòng)情況。(不計(jì)粒子的重力)二、帶電粒子的偏轉(zhuǎn)1、受力分析:2、運(yùn)動(dòng)規(guī)律分析:粒子受到豎直向下的電場力F=Eq=qU/d粒子作類平拋運(yùn)動(dòng)。UL++++++------Y
dY′
v0qUL++++++------Y
dY′
v0qx方向:勻速直線運(yùn)動(dòng)Y方向:初速度為零的勻加速直線運(yùn)動(dòng)v0y離開電場時(shí)的偏轉(zhuǎn)角:離開電場時(shí)偏轉(zhuǎn)量:推論:粒子從偏轉(zhuǎn)電場中射出時(shí),其速度反向延長線與初速度方向交一點(diǎn),此點(diǎn)平分沿初速度方向的位移vvyΦ
粒子在與電場平行的方向上做
初速為零的勻加速運(yùn)動(dòng)結(jié)論:帶電粒子初速度垂直于電場方向飛入勻強(qiáng)電場的問題就是一個(gè)類平拋的問題粒子在與電場垂直的方向上做
勻速直線運(yùn)動(dòng)如圖所示,在真空中豎直放置一對(duì)金屬板x和x’,加電壓U1;水平放置一對(duì)金屬板Y和Y’,板間距離為d。加電壓U2,一電荷量為-q質(zhì)量為m的帶電粒子從x極板由靜止出發(fā)。試分析帶電粒子的運(yùn)動(dòng)情況。(不計(jì)粒子的重力)++++++------+_U1U2-qm三、先加速后偏轉(zhuǎn)Lv0v加速偏轉(zhuǎn)三、先加速后偏轉(zhuǎn)++++++------+_U1U2v-qmLv0加速偏轉(zhuǎn)電荷經(jīng)加速電場加速后進(jìn)入偏轉(zhuǎn)電場通過加速電場的末速度為進(jìn)入偏轉(zhuǎn)電場的初速度當(dāng)堂訓(xùn)練1.如圖所示,M、N是真空中的兩塊平行金屬板,質(zhì)量為m,電荷量為q的帶電粒子,以初速度v0由小孔進(jìn)入電場,當(dāng)M、N間電壓為U時(shí),粒子恰好能達(dá)到N板,如果要使這個(gè)帶電粒子到達(dá)M、N板中間后返回,下列措施中能滿足要求的是(不計(jì)帶電粒子的重力)(
)A.使初速度減為原來的1/2B.使M、N間電壓加倍C.使M、N間電壓提高到原來的4倍D.使初速度和M、N間電壓都減為原來的1/2BD1.
A.使初速度減為原來的1/2B.使M、N間電壓加倍C.使M、N間電壓提高到原來的4倍D.使初速度和M、N間電壓都減為原來的1/2BD
A
3.如圖所示,初速度為零的α粒子和電子在電勢差為U1的電場中加速后,垂直進(jìn)入電勢差為U2的偏轉(zhuǎn)電場,在滿足電子能射出偏轉(zhuǎn)電場的條件下,正確的說法是()A.α粒子的偏轉(zhuǎn)量大于電子的偏轉(zhuǎn)量B.α粒子的偏轉(zhuǎn)量小于電子的偏轉(zhuǎn)量C.α粒子的偏轉(zhuǎn)角大于電子的偏轉(zhuǎn)角D.α粒子的偏轉(zhuǎn)角等于電子的偏轉(zhuǎn)角DU2U1帶電粒子的偏移量由系統(tǒng)決定,而與粒子的質(zhì)量、電荷量無關(guān)4.如圖,初速度為零的電子在電勢差為U1的電場中加速后,垂直進(jìn)入電勢差為U2的偏轉(zhuǎn)電場,整個(gè)裝置處在真空中,重力可忽略.在滿足電子能射出偏轉(zhuǎn)電場的條件下,下列四種情況中,一定能使電子的偏轉(zhuǎn)角度變大的是()A.U1變大,U2變大
B.U1變小,U2變大
C.U1變大,U2變小
D.U1變小,U2變小BU2U15.真空中的某裝置如圖所示,其中平行金屬板A、B之間有加速電場,C、D之間有偏轉(zhuǎn)電場,M為熒光屏.今有質(zhì)子、氘核和α粒子均由A板從靜止開始被加速電場加速后垂直于電場方向進(jìn)入偏轉(zhuǎn)電場,最后打在熒光屏上.已知質(zhì)子、氘核和α粒子的質(zhì)量之比為1∶2∶4,電荷量之比為1∶1∶2,則下列判斷中正確的是:(
)A.三種粒子從B板運(yùn)動(dòng)到熒光屏經(jīng)歷的時(shí)間相同B.三種粒子打到熒光屏上的位置相同C.偏轉(zhuǎn)電場的電場力對(duì)三種粒子做功之比為1∶2∶2D.偏轉(zhuǎn)電場的電場力對(duì)三種粒子做功之比為1∶2∶4
5.真空中的某裝置如圖所示,其中平行金屬板A、B之間有加速電場,C、D之間有偏轉(zhuǎn)電場,M為熒光屏.今有質(zhì)子、氘核和α粒子均由A板從靜止開始被加速電場加速后垂直于電場方向進(jìn)入偏轉(zhuǎn)電場,最后打在熒光屏上.已知質(zhì)子、氘核和α粒子的質(zhì)量之比為1∶2∶4,電荷量之比為1∶1∶2,則下列判斷中正確的是:(
)A.三種粒子從B板運(yùn)動(dòng)到熒光屏經(jīng)歷的時(shí)間相同5.真空中的某裝置如圖所示,其中平行金屬板A、B之間有加速電場,C、D之間有偏轉(zhuǎn)電場,M為熒光屏.今有質(zhì)子、氘核和α粒子均由A板從靜止開始被加速電場加速后垂直于電場方向進(jìn)入偏轉(zhuǎn)電場,最后打在熒光屏上.已知質(zhì)子、氘核和α粒子的質(zhì)量之比為1∶2∶4,電荷量之比為1∶1∶2,則下列判斷中正確的是:(
)B.三種粒子打到熒光屏上的位置相同
B5.真空中的某裝置如圖所示,其中平行金屬板A、B之間有加速電場,C、D之間有偏轉(zhuǎn)電場,M為熒光屏.今有質(zhì)子、氘核和α粒子均由A板從靜止開始被加速電場加速后垂直于電場方向進(jìn)入偏轉(zhuǎn)電場,最后打在熒光屏上.已知質(zhì)子、氘核和α粒子的質(zhì)
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